第6章模拟信号的数字传输

简述模拟信号的数字转化过程模拟信号是一种连续变化的信号，可以采用模拟传输方式进行传输和处理。

然而，在数字系统中，我们需要将模拟信号转化为数字信号，以便于后续的处理和传输。

这个过程被称为模拟信号的数字转化，也被称为模数转换。

模拟信号的数字转化过程主要可分为三个步骤：采样、量化和编码。

首先，采样是指对模拟信号进行离散化。

在这个过程中，信号会以一定的时间间隔被采样器按照一定的规则抽取。

每个采样点都表示模拟信号在该时刻的幅度值。

采样过程中，需要注意采样频率的选择，一般按照奈奎斯特定理选择至少是信号最高频率的两倍。

接下来，量化是指将每个采样点的幅度值转化为离散的量化值。

量化器会根据一定的量化规则将连续的模拟信号值映射为离散的数字值。

这个过程中，采样值的幅度范围被分成多个等间隔的区间，每个区间对应一个数字值，通常用二进制表示。

而采样值与所在区间的位置关系，决定了量化后的数字值。

最后，编码是指将量化后的数字值用一定的编码方式表示出来，以便于存储和传输。

常用的编码方式有二进制编码、格雷码等。

通过编码，数字信号的表示形式可以变得更加紧凑和高效。

编码后的数字信号可以通过不同的传输介质传输到接收端。

模拟信号的数字转化过程在数字通信、音视频处理等领域得到了广泛应用。

它允许我们使用数字系统来处理和传输模拟信号，具有更好的精度和稳定性。

同时，模拟信号的数字转化也为后续的信号处理提供了便利，例如数字滤波、压缩和解码等操作。

在实际应用中，模拟信号的数字转化过程需要注意一些问题。

首先，采样频率的选择需要遵循奈奎斯特定理，以免发生采样失真和混淆问题。

其次，量化的精度也需要根据信号的特性进行适当选择，以平衡存储和传输的需求与信号质量的要求。

此外，编码方式的选择也要根据具体应用场景灵活决定，以满足系统的需求。

总之，模拟信号的数字转化过程是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的关键步骤。

通过采样、量化和编码三个阶段，模拟信号的信息可以被准确地表示和处理，为数字系统的应用提供了基础。

数字信号传输与模拟信号传输的比较随着科技的进步与发展，无线通信以及数据传输方式也得到了极大的改善。

在通信领域中，数字信号传输与模拟信号传输是两种常见的方式。

本文将比较数字信号传输与模拟信号传输的优缺点，并分析其应用范围。

（一）数字信号传输与模拟信号传输的基本概念和原理1. 数字信号传输：数字信号是离散信号，它的状态是由一系列离散值组成的。

在传输过程中，数字信号可以通过编码和译码的方式将信号转换为二进制数字，再通过通信介质传输。

2. 模拟信号传输：模拟信号是连续信号，它的状态可以在一个连续范围内取值。

模拟信号的传输是通过传感器将信号转换为电压或电流的变化，并通过通信介质传输。

（二）1. 噪音抗干扰能力：- 数字信号传输的优点在于它具有较高的噪音抗干扰能力。

由于数字信号是离散的，因此在传输过程中能够更好地抵抗噪音的干扰。

而模拟信号由于其连续性，对于噪音和干扰更加敏感。

2. 信号传输的准确性：- 数字信号的传输准确性较高，由于其离散性，数字信号的传输不容易发生失真。

而模拟信号的传输容易受到干扰，可能会发生失真现象。

3. 传输距离：- 数字信号的传输距离相对较远，通过使用中继设备和调制解调器等方式可以将信号传输到更远的地方。

而模拟信号的传输距离相对较短，传输距离受到信号衰减和干扰的影响。

4. 带宽利用：- 数字信号传输可以更有效地利用带宽资源，通过压缩和编码技术，数字信号传输可以在相同的带宽下传输更多的信息。

而模拟信号传输由于其连续性，需要使用较宽的频带来传输相同数量的信息。

（三）数字信号传输与模拟信号传输的应用范围1. 数字信号传输的应用范围：- 数字信号传输主要应用于各种数字通信领域，包括移动通信、互联网、数字电视、数字广播以及以太网等。

数字信号传输对于数据的精确传输非常重要，可以更好地抵抗干扰。

2. 模拟信号传输的应用范围：- 模拟信号传输广泛应用于音频和视频领域，如模拟音频传输、视频传输、无线电广播等。

思考题1-1 什么是通信？常见的通信方式有哪些？1-2 通信系统是如何分类的？1-3 何谓数字通信？数字通信的优缺点是什么？1-4 试画出模拟通信系统的模型，并简要说明各部分的作用。

1-5 试画出数字通信系统的一般模型，并简要说明各部分的作用。

1-6 衡量通信系统的主要性能指标是什么？对于数字通信具体用什么来表述？1-7 何谓码元速率?何谓信息速率?它们之间的关系如何?习题1-1 设英文字母E出现的概率=0.105，X出现的概率为＝0.002，试求E和X的信息量各为多少？1-2 某信源的符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。

1-3 设一数字传输系统传送二进制信号，码元速率RB2=2400B，试求该系统的信息速率Rb2=？若该系统改为传送16进制信号，码元速率不变，则此时的系统信息速率为多少？1-4 已知某数字传输系统传送八进制信号，信息速率为3600b/s，试问码元速率应为多少？1-5 已知二进制信号的传输速率为4800b/s，试问变换成四进制和八进制数字信号时的传输速率各为多少（码元速率不变）？1-6 已知某系统的码元速率为3600kB，接收端在l小时内共收到1296个错误码元，试求系统的误码率=？1-7 已知某四进制数字信号传输系统的信息速率为2400b/s，接收端在0.5小时内共收到216个错误码元，试计算该系统=？l-8 在强干扰环境下，某电台在5分钟内共接收到正确信息量为355Mb，假定系统信息速率为1200kb/s。

（l）试问系统误信率=？（2）若具体指出系统所传数字信号为四进制信号，值是否改变？为什么？（3）若假定信号为四进制信号，系统传输速率为1200kB，则＝？习题答案第一章习题答案1-1 解：1-2 解：1-3 解：1-4 解：1-5 解：1-6 解：1-7 解：1-8 解：思考题2-1 什么是狭义信道？什么是广义信道？（答案）2-2 在广义信道中，什么是调制信道？什么是编码信道？2-3 试画出调制信道模型和二进制无记忆编码信道模型。

第一章绪论1. 通信的目的是传递消息中所包好的信息。

信息是消息的内涵，即消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。

因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息，否则，就失去了通信的意义。

基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。

2模拟信号:凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号.模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1 - 2(b)所示的抽样信号。

3数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号.数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散.4经过调制以后的信号称为已调信号。

已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。

5数字通信的主要特点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累。

（2）差错可控。

可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。

（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。

（4）易于集成化，从而使通信设备微型化。

(5) 易于加密处理，且保密强度高。

6通信系统的分类：（1）按通信业务分为通信系统有话务通信、非话务通信。

（2）根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。

基带传输是将未经调制的信号直接传送。

（2）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统。

（4）按传输媒质分类：有线通信系统和无线通信系统（5）按工作波段分类：长波通信、短波通信、中波通信、远红外线通信（6）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用。

7通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。

单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道；半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式；全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。

模拟传输和数字传输模拟传输模拟信号是传导能量的一种方式，例如声波通过振动空气来传播。

一个音调和音量变化的声波，可以在纸张上被映射出来。

电话机是一个将模拟声波转变为相应电气信号的转换设备。

在电话或音频系统的接收端，接收到说话人振动信号的振幅（音量）和音调。

音调反映扭波的振动频率。

频率通常用每秒的周期数（cps）或赫兹（Hz）来测量。

一赫兹是一个cps。

1kHz（千赫）是1，OOOHz, 1MHz兆赫）是1，000kHz, 1GHz是1，000MHz 人类可以听到的范围在20Hz到20, 000Hz之间，并且这也是高保真音响设备的工作范围。

数字传输音频、视频、数据和其它"信息"，可以被编码成二进制数值，就可以被有效地传输，并且这些数值是以电脉冲的形式进行传输的。

线缆中的电压是在高低状态之间进行变化的。

因而，二进制1是通过产生一个正电压来传输的，而二进制0是通过产生一个负电压来传输的。

数字服务可以比模拟服务提供更高的可靠性，特别是对于长途情况更是如此。

如果这个信号需要放大，数字信号只需要简单地再生就行了。

与此相反，模拟信号在长途情况下需要一级级放大，而且还会放大电缆中的各种噪音。

模/数转换，或叫数字化，是将现实世界中连续变化的波形转变成可以在计算机中存储和处理的数字信号的过程。

这种模/数转换过程（通常称为脉码调制，PCM包括对信号以固定时间间隔进行采样，并以二进制的形式采集它的振幅和频率信息。

这个数值的精确性依赖于用于保存这个数值的位数。

如果一个模拟波以每秒1000次的速度进行采样，就可以获得1, 000个分离的数字数值用于存储或传输。

当语音为了在数字线路上进行传输而进行转换时，它每秒被采样8，000次，并且每个采样样本被转换成8位二进制数值于是一个数字化音频信道需要每秒64, 000 位的数据可以按面向位或面向字符（也称为面向字节）的方式进行传输。

在面向位的传输中，这些位表示数据的连续流（就象图象数据），它们除了表示帧开始的一个特定标志位外，对于发送方或接收方并没有什么特殊意义。

模拟数字信号的传输学习目标：1、掌握低通信号和带通信号抽样定理；2、掌握PAM原理，自然抽样原理，半顶抽样原理及其脉冲振幅调判3、掌握模拟信号的量化原理，均匀量化，量化噪声，最化信噪比；非均匀量化，4、掌握PCM 原理及十三折线非均匀量化编码和PCM的抗噪声性能：。

5、了解△M，PPCM,及ADPCM原理6、理解PCM 与△M的系统的比较导言：通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，本章在介绍抽样定理和脉冲振幅调制的基础上，将着重讨论用来传输模拟语音信号常用的脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)原理及性能，并简要介绍时分复用与多路数字电话系统原理的基本概念。

采用脉码调制的模拟信号数字传输系统如图1所示。

图1 模拟信号的数字传输在发送端把模拟信号转换为数字信号的过程简称为模数转换，通常用符号A/D表示。

简单地说，模数转换要经过抽样、量化和编码三个步骤。

其中抽样是把时间上连续的信号变成时间上离散的信号；量化是把抽样值在幅度进行离散化处理，使得量化后只有预定的Q个有限的值；编码是用一个M进制的代码表示量化后的抽样值，通常采用M＝2的二进制代码来表示。

反过来在接收端把接收到的代码(数字信号)还原为模拟信号，这个过程简称为数模转换，通常用符号D/A表示。

数模转换是通过译码和低通滤波器完成的。

其中，译码是把代码变换为相应的量化值。

一、抽样定理抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号(模拟信号)进行抽样，且抽速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地确定原信号。

也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输满足抽样定理要求的抽样值即可。

因此，该定理就为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。

抽样定理的具体内容如下：一个频带限制在(0，)内的时间连续信号，如果以不大于1/(2)秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。

也可以这么说：如果以的抽样速率进行均匀抽样上述信号，可以被所得到的抽样值完全确定。

数字通信系统是一种利用数字技术来传输和处理信息的通信系统。

在数字通信系统中，传输模拟信号是其中一个重要的步骤。

本文将从以下四个方面探讨数字通信系统传输模拟信号的步骤。

一、采样在数字通信系统中，信号首先需要经过采样的步骤。

采样是指将连续时间信号在一定时间间隔内取样，转换成离散时间信号。

在进行采样时，需要确定采样频率，即在一秒钟内对信号进行取样的次数。

采样频率的选择需要根据信号的带宽进行决定，通常选择的采样频率是信号带宽的两倍以上，以避免出现混叠失真。

二、量化采样得到的信号是连续幅度的，为了将其转换成数字形式，还需要经过量化的步骤。

量化是指将连续幅度范围划分成若干个离散值，并将每个采样值与最接近的离散值相对应。

在量化时，需要确定量化级数和量化误差。

量化级数越多，表示对信号的描述越准确，但同时会增加数据的存储和传输需求。

量化误差则是指量化所引入的误差，通常采用均方根误差来描述。

三、编码经过采样和量化后，信号的幅值和时间都已经离散化了，但还需要经过编码步骤将其转换成数字形式。

编码是将量化后的信号转换成二进制形式的过程。

在数字通信系统中，常用的编码方式包括脉冲编码调制（PCM）、Δ调制（DM）等。

编码的目的是为了方便信号的传输和处理，并且可以提高传输的可靠性和抗干扰能力。

四、传输最后一步是将经过采样、量化和编码的数字信号进行传输。

数字信号的传输可以通过有线或者无线的方式进行。

在有线传输中，可以利用光纤、同轴电缆等介质进行传输；而在无线传输中，则通过无线电波来进行传输。

在传输过程中，需要注意信号的调制解调、信道编码等环节，以提高传输的性能和可靠性。

数字通信系统传输模拟信号的步骤主要包括采样、量化、编码和传输四个方面。

这些步骤的合理实现可以有效地保证模拟信号在数字通信系统中的准确传输和可靠处理。

希望通过本文的介绍，读者对于数字通信系统传输模拟信号的步骤有更为深入的了解。

数字通信系统传输模拟信号的步骤是数字通信中至关重要的部分, 可以看出传输模拟信号需要多个步骤, 下文将进一步讨论这些步骤的细节和相关技术。

现代通信原理与技术《现代通信原理与技术（第三版）》张辉课后思考题答案第⼀章绪论1-1.什么是数字信号和模拟信号？两者的区别是什么？答：数字信号是⼀种离散的、脉冲有⽆的组合形式，是负载数字信息的信号；模拟信号是指信号⽆论在时间上或是在幅度上都是连续的。

区别：模拟信号的信号参量的取值连续（不可数，⽆穷多），⽽数字信号的信号参量只可能取有限个值。

1-2.何谓数字通信？简述数字通信系统的主要优缺点？答：数字通信是⽤数字信号作为载体来传输消息，或⽤数字信号对载波进⾏数字调制后再传输的通信⽅式。

它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。

优点：(1)抗⼲扰能⼒强，且噪声不积累；(2)差错可控，可以采⽤信道编码技术使误码率降低，提⾼传输的可靠性；(3)易于与各种数字终端接⼝，⽤现代计算机技术对信号进⾏处理，加⼯，变换，存储，从⽽形成智能⽹；(4)易于集成化，从⽽使通信设备微型化；(5)易于加密处理，且保密强度⾼。

缺点: (1)占⽤频带较宽；(2)技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很⾼；(3)进⾏模/数转换时会带来量化误差。

1-3. 画出数字通信系统的⼀般模型，并简述各⼩⽅块的主要功能。

答：如下各⼩⽅块主要功能：信息源：信源（信息源，也称发终端）的作⽤是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。

信息源编码器：主要实现信源编码。

信源编码的作⽤之⼀是提⾼信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术来减少冗余度（减少信息码元数⽬）和降低数字信号的码元数率。

信道编码器：实现信道编码的功能。

信道编码是以提⾼信息传输的可靠性为⽬的的编码。

通常通过增加信源的冗余度来实现。

采⽤的⼀般⽅法是增⼤码率或带宽。

与信源编码正好相反。

数字调制器：主要实现数字调制功能。

数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的频带信号。

信道：传输信号的物理媒质。

数字解调器：对频带信号进⾏相⼲解调或⾮相⼲解调还原为数字基带信号。

通信原理复习资料第一章 绪论1、模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 2、数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点 优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累 （2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 （5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻 （6）易于加密处理，且保密性好 缺点：（1）需要较大的传输带宽 （2）对同步要求高4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 （2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 （3）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 （4）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 （5）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（6）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用 ★★5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），是“速度”问题； 可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。

模拟通信系统模型数字通信系统模型（1）模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。

可靠性：可用接收端解调器输出信噪比来度量。

（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。

可靠性：常用误码率和误信率表示。

码元传输速率R B ：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ）； 信息传输速率R b ：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒。

6、通信的目的：传递消息中所包含的信息。

7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信★8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。

一个二进制码元含1b 的信息量；一个M 进制码元含有log 2M 比特的信息量。

9、信息源的熵，即每个符号的平均信息量：)x (p log )x(p I i 2n1i i∑=-=结论：等概率发送时，信息源的熵有最大值。

模拟信号数字传输系统的主要功能模
块
模拟信号数字传输系统的主要功能模块包括以下几个部分：
1. 模拟信号调理：该模块负责对输入的模拟信号进行预处理，包括滤波、放大、衰减等操作，以确保信号的质量和可传输性。

2. 模数转换器（ADC）：将模拟信号转换为数字信号的关键组件。

ADC 对输入的模拟信号进行采样，并将其量化成离散的数字值。

3. 数字信号处理：对数字信号进行处理和优化，以提高传输的效率和可靠性。

这可能包括滤波、纠错编码、数据压缩等操作。

4. 信道编码：在数字信号上添加冗余信息，以提高信号在传输过程中的抗干扰能力。

信道编码可以采用各种技术，如卷积编码、 Reed-Solomon 编码等。

5. 调制与解调：将数字信号调制到适合传输的载波上，以便在信道中传输。

在接收端，解调模块将接收到的已调信号解调成原始的数字信号。

6. 信道：实际传输数字信号的介质，可以是有线电缆、无线电磁波、光纤等。

7. 信道均衡：补偿信道对信号的影响，如衰减、延迟和相位失真等。

均衡器通过对接收信号进行处理，以恢复原始信号的特征。

8. 时钟恢复：从接收的数字信号中提取时钟信息，用于同步数据的采样和处理。

9. 数字信号解调：将接收到的数字信号解调成原始的数字数据。

10. 数模转换器（DAC）：将数字信号转换回模拟信号，以便输出或进一步处理。

11. 模拟信号输出：将转换后的模拟信号输出到适当的设备或系统中。

这些功能模块协同工作，实现了模拟信号的数字传输和处理。

通过对信号进行数字化处理，可以提高传输的可靠性、降低噪声干扰，并实现更高效的数据传输。